「算法」约克瑟夫环

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声明

本文章纯属整合了一些约克瑟夫环的解法,均为C语言(毕竟还是小白),很多解法都是有出处的(均留了链接),只是暂时发表一篇试试水。如有侵权请留言。

约克瑟夫环的描述

约瑟夫环问题的具体描述是: 设有编号为1,2,3,..,n的n个(n>0)个人围成一个圈,从第1个人开始报数,报到m时停止报数,报m的人出圈,才从他的下一个人起重新报数,报到m时停止报数,报m的出圈,……,如此下去,直到所有人都出列。当 任意给定n和m后,设计算法求n个人出圈的次序。

No.1

话不多说,上代码

#include <stdio.h>
int main()
{
	int n,m,i,s=0;

	printf("input N,M = ");

	scanf("%d%d",&n,&m);

	for (i = 2; i <= n; i++)
	{
		s = (s + m)%i;
	}

	printf("\nThe winner is %d\n",s+1);

	return 0;

此法及其神奇,我想了半天的题,硬生生没出来是个什么玩意儿, 它这么简短就给码了出来,还没反应过来,人家已经win了。(此法偏向于迭代,无穷套娃)

神奇的思路

为了讨论方便,先把问题稍微改变一下,并不影响原意:

问题描述:n个人(编号0~(n-1)),从0开始报数,报到**(m-1)**的退出,剩下的人继续从0开始报数。求胜利者的编号。

我们知道第一个人(编号一定是m%n-1) 出列之后,剩下的n-1个人组成了一个新的约瑟夫环(以编号为k=m%n的人开始):

(Tip:取余要是没看过的可能很难想到,除了大佬,取余是为了让他报数的 时候重新回到第一个人,就类似于循环链表的感觉)

k k+1 k+2 ... n-2, n-1, 0, 1, 2, ... k-2并且从k开始报0。 现在我们把他们的编号做一下转换:

k --> 0

k+1 --> 1

k+2 --> 2

...

...

k-2 --> n-2

k-1 --> n-1

细心的你一定会发现:变换后就完完全全成为了(n-1)个人报数的子问题。

假如我们知道这个子问题的解:例如x是最终的胜利者,那么根据上面这个表把这个x变回去不刚好就是n个人情况的解吗?!!变回去的公式很简单,相信大家都可以推出来:x'=(x+k)%n

你推出来了吗?(我不会啊)

如何知道(n-1)个人报数的问题的解?对,只要知道(n-2)个人的解就行了。(n-2)个人的解呢?当然是先求(n-3)的情况 ---- 这显然就是一个倒推问题!好了,思路出来了,下面写递推公式:

令f[i]表示i个人玩游戏报m退出最后胜利者的编号,最后的结果自然是f[n]

So, 递推公式:

f[1]=0;

f[i]=(f[i-1]+m)%i; (i>1)

实际上也就是f(n-1)与f(n)报数的编号相差了m;给个例子体会一下: 假设n=10,m=3;

(1)开始报数,第一个数到 3 的人为 3 号,3 号出圈。

  1, 2, 【3】, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10。

(2)从4号重新从1开始计数,则接下来数到3的人为6号,6号出圈。

  1, 2, 【3】, 4, 5, 【6】, 7, 8, 9, 10。

6-3=m;

有了这个公式,我们要做的就是从1到n顺序算出f[i]的数值,最后结果是f[n]。因为实际生活中编号总是从1开始,我们输出f[n]+1 由于是逐级递推,不需要保存每个f[i]。

以上来源链接参考:link

递推的理解版

include <stdio.h>
int Joseph(int n,int m)/*计算约瑟夫环的递归函数*/
{
    if(n <= 1 || m <= 1)//设置游戏人数限定值
        return -1;

    if(n == 2)//设置边界值
    {
        if(m % 2 == 0)
            return 1;
        else
            return 2;
    }
    else
    {
        return (Joseph(n-1,m) + m-1) % n+1;//递归调用
    }
}

int main()
{
    int n,m,x;
    scanf("%d %d",&n,&m);
    x=Joseph(n,m);
    printf("最后一个数为:%d\n",x);
    return 0;
}

No.2

采用链表的方法: Code By Eric Yang 2009 点我进入原链接

代码如下:(输出的为出圈顺序)

  7 #include <stdio.h>
  8 #include <stdlib.h>
  9 
 10 // 链表节点
 11 typedef struct _RingNode
 12 {
 13     int pos;  // 位置
 14     struct _RingNode *next;
 15 }RingNode, *RingNodePtr;
 16 
 17 // 创建约瑟夫环,pHead:链表头指针,count:链表元素个数
 18 void CreateRing(RingNodePtr pHead, int count)
 19 {
 20     RingNodePtr pCurr = NULL, pPrev = NULL;
 21     int i = 1;
 22     pPrev = pHead;
 23     while(count > 0)
 24     {
 25         pCurr = (RingNodePtr)malloc(sizeof(RingNode));
 26         i++;
 27         pCurr->pos = i;
 28         pPrev->next = pCurr;
 29         pPrev = pCurr;
 30     }
 31     pCurr->next = pHead;  // 构成环状链表
 32 }
 33 
 34 void PrintRing(RingNodePtr pHead)
 35 {
 36     RingNodePtr pCurr;
 37     printf("%d", pHead->pos);
 38     pCurr = pHead->next;
 39     while(pCurr != NULL)
 40     {
 41         if(pCurr->pos == 1)
 42             break;
 43         printf("\n%d", pCurr->pos);
 44         pCurr = pCurr->next;
 45     }
 46 }
 47 
 48 void KickFromRing(RingNodePtr pHead, int m)
 49 {
 50     RingNodePtr pCurr, pPrev;
 51     int i = 1;    // 计数
 52     pCurr = pPrev = pHead;
 53     while(pCurr != NULL)
 54     {
 55         if (i == m)
 56         {
 57             // 踢出环
 58             printf("\n%d", pCurr->pos);    // 显示出圈循序
 59             pPrev->next = pCurr->next;
 60             free(pCurr);
 61             pCurr = pPrev->next;
 62             i = 1;
 63         }
 64         pPrev = pCurr;
 65         pCurr = pCurr->next;
 66         if (pPrev == pCurr)
 67         {
 68             // 最后一个
 69             printf("\n%d", pCurr->pos);    // 显示出圈循序
 70             free(pCurr);
 71             break;
 72         }
 73         i++;
 74     }
 75 }
 76 
 77 int main()
 78 {
 79     int m = 0, n = 0;
 80     RingNodePtr pHead = NULL;
 81     printf("---------------Josephus Ring---------------\n");
 82     printf("N(person count) = ");
 83     scanf("%d", &n);
 84     printf("M(out number) = ");
 85     scanf("%d", &m);
 86     if(n <= 0 || m <= 0)
 87     {
 88         printf("Input Error\n");
 89         system("pause");
 90         return 0;
 91     }
 92     // 建立链表
 93     pHead = (RingNodePtr)malloc(sizeof(RingNode));
 94     pHead->pos = 1;
 95     pHead->next = NULL;
 96     CreateRing(pHead, n);
 97 #ifdef _DEBUG
 98     PrintRing(pHead);
 99 #endif
100 
101     // 开始出圈
102     printf("\nKick Order: ");
103     KickFromRing(pHead, m);    
104     printf("\n");
105     system("pause");
106     return 0;
107 }

看完以上两个代码,你肯定晕的差不多了。

来个简单的吧~~~

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
typedef struct node
{
	int number;			//数据域,存储编号
	struct node*next; 
}Node;

Node * createNode(int x)		//创建链表结点
{
	Node*p;
	p = (Node*)malloc(sizeof(Node));
	p->number = x;	//将链表结点的数据域赋值为编号
	p->next = NULL;
	return p; 
} 

//创建循环链表
Node* createJoseph (int n)
{
	Node *head,*p,*q;
	int i;
	for(i=1; i<=n; i++)
	{
		p = createNode(i);		//创建链表节点,并finish赋值操作
		if (i == 1)				//若为头结点
			head = p;
		else
				q->next = p;
		q = p;
			 
	}
	q->next = head;			//末尾结点指向头结点,构成循环链表 
	return head;
 } 
 
 void runJoseph (int n,int m)
 {
 	Node *p,*q;
 	p = createJoseph(n);	//创建一个链表环
	int i;
	while(p->next != p)  	//若链表数目>1
	{
		for(i=1; i<m-1; i++)		//begin计数
			p = p->next;
		//第m个人出圈
		q = p->next;		//q指向出圈的那个人 
		p->next = q->next; 
		p = p->next;
//		printf("%d--",q->number);
		free(q); 
	}
	printf("winner=%d\n",p->number);
 }
int main (){
	int n,m;
	scanf("%d%d",&n,&m);
	runJoseph(n,m);
	return 0;
}

接下来,再来理清一下思路吧。(大佬可止步了)

No.3

报到T的人出圈,怎么表示出圈?要么删除对应的标号,其他的标号前移(如果是数组结构,要依次移动元素,效率低;如果是链表,删除结点也比较麻烦); 要么设定状态标志位(声明一个状态数组status[N],status[i] ==0时表示未出圈,出圈时将对应第i号人的status置为出圈的次数; 即status[i]=count)

解决了表示出圈的问题,那如何出圈?如果报数T大于总人数N时, 数组越界问题--->(索引 % 链表长度 进行取余操作) 需要取余才能将报号的范围限制在标号为0~N-1中。

流程如下:

while(出圈人数<总人数)

{  
   从start下标依次查找status0的下标(需要保存start下标)

   计数

   判断计数是否等于T

   若计数等于T

   出圈,更新对应下标的status,出圈人数加1

}

核心代码如下:

void joseph()
{
	int T,N;
	scanf("%d%d",&T,&N);
	
	//T为出列周期,N为N个人,即环的元素个数
	
	int status[1000];
	memset(status,0,sizeof(status));
	int start,end;
	start = -1;
	int count = 0;
	
	while(count<N)
	{
		int i=0;
		while(1)
		{
			
			start = (start+1) % N;
			if(status[start] == 0)
			{
				i++;
			}
			if(i == T)
			{	
				++count;
				status[start]=count;
				break;
			}
		}	
	}
	
	for(int k=0;k<N;k++)
		printf("%d",status[k]);
	
}

说明:本段为CSDN博主「keepupblw」的原创文章 链接:点我

此方法是真的不理解(orz)

有个公众号的挺容易理解---> <五分钟学算法>

复制粘贴 我理解了 --->

#include <stdio.h>
#define N 100000 		//记录玩游戏最大人数 
int flag[N]={0};	//全部初始化 
int main (){
	int n=0,m=0;
	scanf("%d%d",&n,&m);  //玩游戏的人数n和出圈的数m
	int i=0;
	int count = 0;  	//记录已经出圈的人数
	int num = 0;		//报数器
	for(i=1;i<=n;i++)
            flag[i] = 1;		//所有人入圈,标志位为1即为在圈内
	while(count < n-1){
		for(i=1; i<=n; i++){	 
			if(1 == flag[i]){	//在未出圈的人中计数
				num++;
				if(num == m){
					//此人数到m就出圈
                                     count++;	//出圈人数加一
                                     flag[i] = 0;	//标志位赋值为0
                                     num = 0;		//报数器清0; 
				}
				if(count == n-1)
                                    break; 
			}
		}
	} 
	for(i=1; i<=n; i++)
            if(1 == flag[i])
                printf("winner=%d\n",i);
	return 0;
}

No.4

#include<stdio.h>
int main()
{
	int m,n,i,j,k=0,a[100]={0};
	scanf("%d%d",&n,&m);
	if(n>=1&&m<=1000000)
	{
	   for(i=0;i<n;i++)
		a[i]=i+1;
           while(n>1) {
		   i=(i+m-1)%n;		  		
            //待删除的项的下标,+(m-1)是从删除的元素后又从一开始报数, 隔了m-1个,取余是使人数成环
		   k++;
		   for(j=i+1;j<n;j++)
			a[j-1]=a[j];
		   n--;
		   if(i==n) i=0;
		}
	}
	printf("%d\n",a[i]);
	return 0;
}

原文:点这儿

类似的还有:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#define N 100
int main()
{

  int m, n, i, j, k = 0;
  scanf("%d",&n);
  scanf("%d",&m);
  int a[N] = {0};
 
  for(i = 0; i < n; i++)
      a[i] = i+1;
  while (n > 1)
  {
     k=(k+m-1)%n; 
//k是报m的位置,也是下一轮报数的起点。变量只能用k, 因为只有k=0被初始化过
     if (k<n-1){
        for (j=k+1;j<=n-1;j++)       //如果k如果在中间,则要删除A[k]
            a[j-1]=a[j];         
     }   
     else  k=0;                   //如果k在末尾,则下一个报数的是0位置 
     i=k;                          //因为最后的输出是a[i],所以i就是k
     n-=1;
    /********** End **********/
 }

  printf("最后一个出列的是%d", a[i]);
  return 0;

写在后边:以上文章内容纯属自己的一个归类,源代码均附上了原作者的链接,如有不妥,请留言删除。

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